一种用于sld光源的温度数字化检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于SLD光源的温度数字化检测电路；包括：电阻检测单元、跟随器、差分运算放大单元、单片机和电压基准源；电阻检测单元的输入端与SLD光源连接，用于检测SLD光源内部热敏电阻阻值；跟随器的输入端与电阻检测单元的输出端连接，用于进行阻抗匹配；差分运算放大单元的输入端与跟随器的输出端连接，用于进行差分放大；单片机输入端与差分运算放大单元的输出端连接，用于将模拟电压信号进行数模转换后再进行数字化处理；电压基准源用于给电阻检测单元和单片机提供参考电压。本实用新型利用热敏电阻阻值与温度关系，通过检测SLD光源热敏电阻的阻值到达检测SLD光源内部温度的目的；具有很高的温度检测精度。
【专利说明】—种用于SLD光源的温度数字化检测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于光源温度控制【技术领域】，更具体地，涉及一种用于SLD光源的温度数字化检测电路。
【背景技术】
[0002]超福射发光二极管(Super Luminescent D1de, SLD)光源因其高光功率、宽光谱和较好的波长稳定性已被广泛应用于光电检测领域。SLD光源的许多应用都要求光源的光谱在温度变化的情况下保持稳定。如果光源的光谱不稳定，则会影响系统的性能，同时光源内部温度变化还会引起光源输出光功率的变化从而产生光源强度噪声，降低系统性能。由于SLD波长的温度系数较大，为400ppm/°C量级，因此使用SLD时对温控精度要求很高。这就要求光源温度控制技术中的温度检测电路要具有高可靠性和高检测精度。
[0003]现有的SLD光源温控检测技术主要采用桥式电路及温控芯片(如MAX1978、ADN8831、DRV594等)内部的比例积分单元完成对光源温度信息采集，如图1所示。该光源温度检测技术测温精度较低，如温控精度相对较高的MAX1978芯片的温度理论控制精度为
0.0orc。该光源温度检测技术为模拟量输出，不满足高精度数字化测温技术要求。另外，温控芯片工作时会产高频率的PWM方波调制信号，该信号容易与光电检测系统产生同频或倍频干扰，降低系统性能。
实用新型内容
[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型的目的在于提供一种高精度、数字化的SLD光源温度检测电路，以实现SLD光源温度的高精度数字化控制。
[0005]本发明提供了一种用于SLD光源的温度数字化检测电路，包括其输入端与SLD光源连接，用于检测SLD光源内部热敏电阻阻值的电阻检测单元；其输入端与所述电阻检测单元的输出端连接，用于进行阻抗匹配的跟随器；其输入端与所述跟随器的输出端连接，用于将所述跟随器输出的电压信号进行差分放大的差分运算放大单元；其输入端与所述差分运算放大单元的输出端连接，用于将所述差分运算放大单元输出的模拟电压信号进行数模转换后再进行数字化处理并输出的单片机；以及分别与所述电阻检测单元的电源端和单片机的电源端连接，用于给所述电阻检测单元和单片机提供参考电压的电压基准源。
[0006]更进一步地，所述电阻检测单元包括电阻R1、电阻R2和电阻R3 ;所述电阻Rl的一端与所述电阻R2的一端作为所述电阻检测单元的第二输入端，所述电阻Rl的另一端和所述电阻R3的另一端作为所述电阻检测单元的第一输入端，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接；所述电阻Rl的另一端和所述电阻R2的另一端作为所述电阻检测单元的输出端。
[0007]更进一步地，所述跟随器包括第一隔离器NlC和第二隔离器NlD ;所述第一隔离器NlC的正相输入端连接至所述电阻Rl的另一端，所述第一隔离器NlC的反相输入端连接至其输出端；所述第二隔离器NlD的正相输入端连接至所述电阻R2的另一端，所述第二隔离器NlD的反相输入端连接至其输出端。
[0008]更进一步地，所述差分运算放大单元包括放大器N2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4 ;所述放大器N2的正相输入端通过电阻R4连接至所述第二隔离器NlD的输出端，所述放大器N2的反相输入端通过电阻R5连接至所述第一隔离器NlC的输出端，所述放大器N2的共摸输出电压设置端CM与其正相输入端连接；所述放大器N2的电源端连接3.3V电源，所述放大器N2的地端接地，所述放大器N2的第一输出端和第二输出端连接至所述单片机的第一输入端；所述电阻R6连接在所述放大器N2的正相输入端与所述放大器N2的第一输出端之间；所述电容C3与所述电阻R6并联连接；所述电阻R7连接在所述放大器N2的反相输入端与所述放大器N2的第二输出端之间；所述电容C4与所述电阻R7并联连接。
[0009]更进一步地，所述差分运算放大单元的放大倍数由所述电阻R6与所述电阻R4的阻值比或所述电阻R7和所述电阻R5的阻值比确定。
[0010]更进一步地，所述电压基准源包括电容Cl、电容C2和电压基准源芯片N3 ;所述电压基准源芯片N3的地端接电源地，所述电压基准源芯片N3电源端接+5V电源，所述电压基准源芯片N3输出端通过两个并联的电容Cl和电容C2接地，所述电压基准源芯片N3输出端一路与所述单片机连接，输出端另一路与所述电阻Rl的一端和所述电阻R2的一端连接。
[0011]更进一步地，所述单片机内置有16位A/D转换器，电压采样范围为OV?3.3V。
[0012]本实用新型利用热敏电阻阻值与温度关系，通过检测SLD光源热敏电阻的阻值到达检测SLD光源内部温度的目的；具有很高的温度检测精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是现有技术提供的基于温控芯片内部的比例积分单元的SLD光源温度检测电路原理框图；
[0014]图2是本实用新型提供的一种用于SLD光源温度数字化检测电路原理框图；
[0015]图3是本实用新型提供的一种用于SLD光源温度数字化检测电路图。
[0016]图4是本实用新型中某SLD光源热敏电阻阻值与温度关系图。
【具体实施方式】
[0017]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]本实用新型是这样实现的，一种用于SLD光源温度数字化检测电路，所述电路包括:用于检测SLD光源I内部热敏电阻的电阻检测单元21 ;与所述电阻检测单元21连接，用于进行阻抗匹配提高电阻检测精度的跟随器22 ;与所述跟随器22连接，用于将跟随器输出的电压信号进行电压信号放大的差分运算放大单元23 ;与所述运算放大单元23连接，用于将模拟电压信号进行模数转换进而进行数字化处理的单片机24，处理后的数字信号经单片机24内置数模转换器转换为模拟电压信号输出；与所述电阻检测单元21和单片机24连接，用于给所述电阻检测单元21和单片机24提供参考电压的电压基准源25。
[0019]在本实用新型中，电压基准源25提供3.3V模拟电压，输出电流高达30mA。跟随器22为电阻检测单元21提供阻抗匹配，用于提高电阻检测精度。差分运算放大单元23为差分运放，放大倍数为3.9。经差分运算放大单元23放大后的电压范围根据电压基准源25决定。单片机24可为STMF373CB。单片机内置16位A/D转换器，电压采样范围为OV?3.3V。
[0020]本实用新型提供的SLD光源温度数字化检测电路采用单片机对SLD光源温度进行数字化采集，具有较高的温度检测精度。
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]本实用新型提供的SLD光源温度数字化检测电路采用桥式电路、跟随器、差分运放和单片机等技术，实现了对SLD光源温度数字化检测，具有很高的温度检测精度。另外本实用新型电路不采用温控芯片，无PWM高频率方波调制信号，不会与光电检测系统产生同频或倍频干扰，提高了系统性能。
[0023]图2示出了本实用新型提供的SLD光源温度数字化检测电路结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分。
[0024]电阻检测单元21输出的电压信号通过跟随器22无衰减地传输到差分运算放大单元23进行差分放大，放大后的差分信号输入到单片机24内置AD模数转换器的输入端，完成对电阻的数字化采集，处理后的数字信号经单片机24的内置DA数模转换器转换为模拟电压信号输出。
[0025]电阻检测单元21为桥式电路，用于检测SLD光源I内部热敏电阻阻值并以电压信号输入给跟随器22。本实用新型SLD光源内部热敏电阻在25°C时的阻值为1kQ，电阻桥的电阻选为1kQ，电阻桥输出电压信号满足K =R(t)为温度为
t摄氏度时热敏电阻的阻值，Veef33为基准电压。
[0026]跟随器22用于给电阻检测单元21提供阻抗匹配，其阻抗很高，无电流通过跟随器22，提高了电阻检测单元的电阻检测精度，本实用新型中更随器可为AD8547AR。
[0027]所述差分运算放大单元23将接收的电压V1信号进行差分放大，放大倍数由外
RR
围电阻■^或比值决定，本实施例中放大器可为AD8138ARM,该放大单元的放大倍数为
3.9 ο
[0028]单片机24用于对放大后的模拟电压信号进行数字化处理。本实用新型中的单片机24可以采用STMF373CB，所述单片机内置16位A/D转换器。
[0029]电压基准源25用于给所述电阻检测单元21和单片机24提供参考电压，要求电压基准源具有很高的稳定性。单片机芯片要求电压基准源范围为2.4V?3.6V，本实用新型中电压基准源Vkef33 = 3.3V。
[0030]本实用新型温度数字化检测精度计算做如下说明。
[0031]1.确定单片机内置AD芯片每一个最低有效位LSB (Least Significant Bit)对应的电压值。单片机内数模转换单元为16位AD转换器，全量程输入值由差分运算放大器的供电电压决定。本实用新型中所述运放用3.3V供电，AD全量为3.3V，故每一个LSB对应的电压值pv。
3 3
[0032]2.确定电阻最高检测精度。单片机以一个LSB对应的电压值P 入时。
[0033]*3.3*3.9 = ^|
2_+丨0) 216
[0034]其中R(t)为温度为t摄氏度时热敏电阻的阻值。由上式确定可检测R(t)相对1K Ω的最小变化量为0.15Ω。
[0035]3.根据SLD光源热敏电阻的温度特性，见图4，得到本实用新型SLD光源温度理论检测精度为0.00032°C。
[0036]参见图3所示，本实用使用新型温度数字化检测电路的各管脚的连接为:
[0037]电压基准源FEF196芯片N3管脚4接电源地，管脚2、3管脚接+5V电源，管脚6通两个并联的Cl和C2电容接管脚4，管脚6 —路与单片机STM32F373CB芯片Dl管脚9连接，另一路与桥式电阻Rl和电阻R2公共端连接。电阻Rl与光源热敏电阻串联后接入电源地，电阻R2与电阻R3串联后接入电源地，电阻Rl与光源热敏电阻公共端与隔离器AD8547AR芯片NI管脚10相连接，电阻R2与电阻R3公共端与隔离器AD8547AR芯片NI管脚12相连接。隔离器AD8547AR芯片NI管脚9与管脚5短接后经过电阻R5与运放AD8138ARM芯片N2管脚I连接，隔离器AD8547AR芯片NI管脚13与管脚14短接后经过电阻R4与运放AD8138ARM芯片N2管脚8连接。运放AD8138ARM芯片N2管脚3连接3.3V电源，管脚6接地，管脚I通过电阻R7与管脚4连接，管脚2与管脚8短接后通过电阻R6与管脚5连接，电容C4与电阻R7并联，电容C3与电阻R6并联。运放AD8138ARM芯片N2管脚4和管脚5作为差分运算放大器的输出端分别与单片机STM32F373CB芯片Dl管脚22和管脚21连接。
[0038]电阻R1、电阻R2、电阻R3和光源内部热敏电阻R(t)共同组成桥式电路电阻检测单元21，通过分压输出R(t)与R2的电压。N1C、N1D组成的跟随器22具有很高的阻抗，几乎无电流通过，保证电阻检测单元21输出的电源信号无衰减地传输到差分运算放大单元23，
该单元将接收的电压信号进行差分放大，放大倍数由外围电阻I或}比值决定。放大后的电压信号通过N2芯片的4、5引脚输出，单片机24内置AD模数转换器将N2芯片的4、5引脚输出的经过放大的电压信号转换为数字量，该数字量理论上与光源内部温度具有一一对应关系，至此完成光源温度的数字化检测。
[0039]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种用于SLD光源的温度数字化检测电路，其特征在于，包括: 其输入端与SLD光源连接，用于检测SLD光源内部热敏电阻阻值的电阻检测单元(21)； 其输入端与所述电阻检测单元(21)的输出端连接，用于进行阻抗匹配的跟随器(22)； 其输入端与所述跟随器(22)的输出端连接，用于将所述跟随器(22)输出的电压信号进行差分放大的差分运算放大单元(23)； 其输入端与所述差分运算放大单元(23)的输出端连接，用于将所述差分运算放大单元(23)输出的模拟电压信号进行数模转换后再进行数字化处理并输出的单片机(24);以及 分别与所述电阻检测单元(21)的电源端和单片机(24)的电源端连接，用于给所述电阻检测单元(21)和单片机(24)提供参考电压的电压基准源(25)。
2.如权利要求1所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述电阻检测单元(21)包括电阻R1、电阻R2和电阻R3 ； 所述电阻Rl的一端与所述电阻R2的一端作为所述电阻检测单元(21)的第二输入端，所述电阻Rl的另一端和所述电阻R3的另一端作为所述电阻检测单元(21)的第一输入端，所述电阻R2的另一端与所述电阻R3的一端连接；所述电阻Rl的另一端和所述电阻R2的另一端作为所述电阻检测单元(21)的输出端。
3.如权利要求2所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述跟随器(22)包括第一隔离器NlC和第二隔离器NlD ； 所述第一隔离器NlC的正相输入端连接至所述电阻Rl的另一端，所述第一隔离器NlC的反相输入端连接至其输出端； 所述第二隔离器NlD的正相输入端连接至所述电阻R2的另一端，所述第二隔离器NlD的反相输入端连接至其输出端。
4.如权利要求3所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述差分运算放大单元(23)包括放大器N2、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C3和电容C4 ； 所述放大器N2的正相输入端通过电阻R4连接至所述第二隔离器NlD的输出端，所述放大器N2的反相输入端通过电阻R5连接至所述第一隔离器NlC的输出端，所述放大器N2的共摸输出电压设置端与其正相输入端连接；所述放大器N2的电源端连接3.3V电源，所述放大器N2的地端接地，所述放大器N2的第一输出端和第二输出端连接至所述单片机的第一输入端； 所述电阻R6连接在所述放大器N2的正相输入端与所述放大器N2的第一输出端之间；所述电容C3与所述电阻R6并联连接； 所述电阻R7连接在所述放大器N2的反相输入端与所述放大器N2的第二输出端之间；所述电容C4与所述电阻R7并联连接。
5.如权利要求4所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述差分运算放大单元(23)的放大倍数由所述电阻R6与所述电阻R4的阻值比或所述电阻R7和所述电阻R5的阻值比确定。
6.如权利要求4所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述电压基准源(25)包括电容Cl、电容C2和电压基准源芯片N3 ； 所述电压基准源芯片N3的地端接电源地，所述电压基准源芯片N3电源端接+5V电源，所述电压基准源芯片N3输出端通过两个并联的电容Cl和电容C2接地，所述电压基准源芯片N3输出端一路与所述单片机连接，输出端另一路与所述电阻Rl的一端和所述电阻R2的一端连接。
7.如权利要求1-5任一项所述的温度数字化检测电路，其特征在于，所述单片机(24)内置有16位A/D转换器，电压采样范围为OV?3.3V。
【文档编号】H05B37/02GK204031549SQ201420464445
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】徐文强, 薛东峡, 刘充 申请人:湖北三江航天红峰控制有限公司